.jpg/1280px-BDUK_Broadband_(14626513882).jpg)
Телефонная станция , телефонный коммутатор или центральный офис — это телекоммуникационная система, используемая в коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) или на крупных предприятиях. Он соединяет телефонные абонентские линии или виртуальные каналы цифровых систем для установления телефонных звонков между абонентами.
В исторической перспективе телекоммуникационные термины с течением времени использовались с разной семантикой. Термин «телефонная станция» часто используется как синоним центрального офиса , термина Bell System . Часто центральный офис определяется как здание, в котором размещается внутреннее оборудование потенциально нескольких телефонных станций, каждая из которых обслуживает определенную географическую область. Такую зону также называют биржевой или обменной зоной. В Северной Америке центральный офис также может обозначаться как проводной центр , обозначая объект, к которому подключен телефон и который принимает тональный сигнал готовности . [1] Для целей бизнеса и выставления счетов операторы связи определяют тарифные центры , которые в крупных городах могут быть кластерами центральных офисов, чтобы определить определенные географические местоположения для определения измерений расстояний.
В Соединенных Штатах и Канаде система Bell установила в 1940-х годах единую общенациональную систему нумерации , позволяющую идентифицировать центральные офисы с помощью трехзначного кода центрального офиса и трехзначного кода зоны плана нумерации (код NPA или код города). Коды центрального офиса были уникальными в каждой зоне плана нумерации. Код НПА и код центрального офиса использовались в качестве префиксов в телефонных номерах абонентов. С развитием международных и трансокеанских телефонных магистралей, особенно благодаря прямому набору клиентов, аналогичные усилия по систематической организации телефонных сетей предпринимались во многих странах в середине 20 века.
Для корпоративного или корпоративного использования частную телефонную станцию часто называют частной телефонной станцией (PBX), когда она подключена к коммутируемой телефонной сети общего пользования . УАТС устанавливается на предприятиях, обычно рядом с большими офисными помещениями или внутри кампуса организации, для обслуживания телефонов организации и любых частных выделенных линий связи. В небольших установках можно использовать УАТС или ключевую телефонную систему в офисе администратора.
_(14569847558).jpg/1280px-Bell_telephone_magazine_(1922)_(14569847558).jpg)
.jpg/1280px-Telephone_switchboard_cross-switching_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_V,_1903).jpg)
В эпоху электрического телеграфа его основными пользователями были почтовые отделения, железнодорожные станции, наиболее важные правительственные центры (министерства), фондовые биржи, очень немногие общенациональные газеты, крупнейшие корпорации международного значения и богатые люди. [2] Несмотря на то, что телефонные устройства существовали до изобретения телефонной станции, их успех и экономичная эксплуатация были бы невозможны при той же схеме и структуре современного телеграфа, что и до изобретения коммутатора телефонной станции, рано телефоны были подключены к одному другому телефону и обменивались данными только с ним (например, между домом и офисом человека [3] ).
Телефонная станция — телефонная система небольшой географической территории, обеспечивающая коммутацию (межсоединение) абонентских линий для звонков, совершаемых между ними. Телефонные станции заменили небольшие телефонные системы, которые соединяли пользователей прямыми линиями связи между каждой абонентской станцией. АТС сделали телефонию доступной и удобной для повседневного использования технологией и дали толчок к созданию нового промышленного сектора.
Как и в случае с изобретением самого телефона , на честь «первой телефонной станции» есть несколько претендентов. Одним из первых, кто предложил телефонную станцию, был венгр Тивадар Пушкаш в 1877 году, когда он работал на Томаса Эдисона . [4] [5] [6] [7] [8] Первая экспериментальная телефонная станция была основана на идеях Пушкаша и была построена телефонной компанией Bell в Бостоне в 1877 году . [9] Первая в мире государственная Управляемая телефонная станция открылась 12 ноября 1877 года во Фридрихсберге недалеко от Берлина под руководством Генриха фон Штефана . [10] Джордж Кой спроектировал и построил первую коммерческую телефонную станцию в США, которая открылась в Нью-Хейвене, штат Коннектикут , в январе 1878 года, а первая телефонная будка была построена в соседнем Бриджпорте . [11] Коммутационный щит был построен из «болтов с квадратным подголовком, ручек от крышек чайников и проводов» и мог поддерживать два одновременных разговора. [12] Чарльзу Глиддену также приписывают создание биржи в Лоуэлле, Массачусетс. с 50 подписчиками в 1878 г.
В Европе другие первые телефонные станции располагались в Лондоне и Манчестере , обе из которых открылись в соответствии с патентами Bell в 1879 году. [13] Год спустя в Бельгии появилась первая международная телефонная станция Bell (в Антверпене ).
В 1887 году Пушкаш представил мультиплексный коммутатор . [ нечеткий ] . [14]
Позднее станции насчитывали от одного до нескольких сотен розеточных щитов , на которых работали операторы коммутаторов . Каждый оператор сидел перед вертикальной панелью, содержащей группы ¼-дюймовых 3 -проводных разъемов, каждый из которых был локальным оконечным устройством телефонной линии абонента . Перед панелью разъемов располагалась горизонтальная панель, содержащая два ряда патч-кордов, каждая пара которых подключена к цепи шнура .
Когда вызывающий абонент поднял трубку, ток местной линии зажег сигнальную лампу возле разъема. [15] В ответ оператор вставила задний шнур ( шнур автоответчика ) в гнездо абонента и включила в цепь свою гарнитуру, чтобы спросить: «Номер, пожалуйста?» Для местного звонка оператор вставлял передний шнур пары ( вызывной шнур ) в местное гнездо вызываемого абонента и запускал цикл вызывного сигнала. Для междугороднего звонка она подключалась к магистральной линии для связи с другим оператором в другом банке плат или в удаленном центральном офисе. В 1918 году среднее время установления соединения для междугороднего звонка составляло 15 минут. [15]
Ранние коммутаторы с ручным управлением требовали от оператора использовать клавиши прослушивания и звонка, но к концу 1910-х и 1920-х годов достижения в технологии коммутаторов привели к появлению функций, которые позволяли автоматически отвечать на вызов сразу же, как только оператор вставлял ответный шнур, и звонок начинался автоматически. начаться, как только оператор вставил шнур вызывного устройства в гнездо вызываемого абонента. Оператор будет отключен от линии связи, что позволит ей обработать еще один вызов, в то время как вызывающий абонент услышит звуковой сигнал обратного вызова, так что этому оператору не придется периодически сообщать, что она продолжает звонить на линию. [16]
В методе звонка исходящий оператор вызывал другого промежуточного оператора, который должен был позвонить вызываемому абоненту, или передавал его другому промежуточному оператору. [17] Эта цепочка промежуточных операторов могла завершить вызов только в том случае, если промежуточные магистральные линии были доступны между всеми центрами одновременно. В 1943 году, когда военные вызовы имели приоритет, запрос и планирование звонка через всю страну США могли занять до двух часов в городах, где для платных вызовов использовались ручные коммутаторы.
10 марта 1891 года Алмон Браун Строугер , гробовщик из Канзас-Сити, штат Миссури , запатентовал шаговый переключатель — устройство, которое привело к автоматизации переключения телефонных цепей. Хотя существовало множество расширений и адаптаций этого первоначального патента, наиболее известный из них состоит из 10 уровней или групп, каждый из которых имеет 10 контактов, расположенных полукругом. При использовании с дисковым телефонным набором каждая пара цифр заставляла стержень центрального контакта «рука» шагового переключателя сначала подниматься (храповик) на один уровень вверх для каждого импульса в первой цифре, а затем горизонтально качаться в контакте. ряд с одним небольшим поворотом для каждого импульса в следующей цифре.
Позже ступенчатые переключатели были организованы в банки, первой ступенью которых был линейный искатель . Если на одной из ста абонентских линий (двухсот линий в более поздних линейных устройствах) трубка была поднята «со снятой трубки», линейный искатель подключал линию абонента к свободному первому селектору, который возвращал абоненту гудок, чтобы показать, что это было готов принимать набранные цифры. Абонентский набор пульсировал со скоростью около 10 импульсов в секунду, хотя скорость зависела от стандарта конкретной телефонной администрации.
Обмены, основанные на переключателе Строугера, в конечном итоге были заменены другими типами обменов , а затем и технологией перекрестных перекладин . Эти конструкции обмена обещали более быстрое переключение и могли принимать импульсы между переключениями быстрее, чем типичные для Строугера 10 импульсов в секунду - обычно около 20 импульсов в секунду. Позднее многие также приняли «тональные сигналы» DTMF или другие системы тональной сигнализации.
Переходная технология (от импульсного к DTMF) включала преобразователи для преобразования DTMF в импульсный для подачи на более старые Strowger, панельные или перекрестные переключатели. Эта технология использовалась еще в середине 2002 года.
Многие термины, используемые в телекоммуникационных технологиях, различаются по значению и использованию в различных англоязычных регионах. Для целей настоящей статьи даны следующие определения:
Первоначально центральный офис представлял собой основную АТС в городе вместе с другими частями АТС в этом районе. Этот термин стал обозначать любую систему коммутации, включая ее средства и операторов. Он также обычно используется для зданий, в которых размещается коммутационное и связанное с ним внутризаводское оборудование. На телекоммуникационном жаргоне США центральный офис (CO) представляет собой телефонный коммутатор класса 5, центр коммутации операторов связи , в котором магистральные линии и местные линии завершаются и коммутируются. [18] В Великобритании телефонная станция означает здание телефонной станции, а также название телефонного коммутатора.
При ручном обслуживании клиент снимает трубку и просит оператора перевести вызов на запрошенный номер. При условии, что номер находится в том же центральном офисе, и расположен на коммутаторе оператора, оператор соединяет вызов, вставив вызывной шнур в гнездо, соответствующее линии вызываемого абонента. Если линия вызываемого абонента находится на другом коммутаторе в том же офисе или в другом центральном офисе, оператор подключается к соединительной линии коммутатора или офиса назначения и просит отвечающего оператора (так называемого оператора «B») подключиться. вызов.
Большинство городских АТС обеспечивали работу на общих батареях , то есть центральный офис обеспечивал питание абонентских телефонных цепей для работы передатчика, а также для автоматической сигнализации с помощью дисковых переключателей . В системах с общей батареей пара проводов от абонентского телефона к АТС несет по проводникам потенциал постоянного тока 48 В (номинальный) от конца телефонной компании. Телефон представляет собой разомкнутую цепь, когда трубка положена или находится в режиме ожидания. [19]
Когда трубка телефона абонента снята, на линии возникает электрическое сопротивление, которое заставляет ток течь через телефон и по проводам к центральному офису. В распределительном щите с ручным управлением этот ток протекал через катушку реле и приводил в действие зуммер или лампу на распределительном щите оператора, сигнализируя оператору о необходимости выполнения обслуживания. [19]
В крупнейших городах потребовалось много лет, чтобы перевести каждый офис на автоматическое оборудование, например панельный выключатель . В течение этого переходного периода, как только номера были стандартизированы до формата 2L-4N или 2L-5N (двухбуквенное название станции и четыре или пять цифр), можно было набрать номер, расположенный на ручной телефонной станции, и подключиться без запроса помощь оператора. Политика Bell System гласила, что клиентам в крупных городах не следует беспокоиться о типе офиса, независимо от того, звонят ли они в офис вручную или автоматически.
Когда абонент набирал номер станции вручную, оператор в офисе назначения отвечал на звонок, увидев номер на индикаторе , и соединял вызов, подключив шнур к исходящей цепи и позвонив станции назначения. Например, если клиент, звонивший с номера TAylor 4725, набрал номер, обслуживаемый посредством ручного обмена, например, ADams 1383-W, вызов был завершен, с точки зрения абонента, точно так же, как вызов на LEnox 5813 при автоматическом обмене. Буквы партийной линии W, R, J и M использовались только при ручном обмене с партийными линиями по принципу «джек за линию».
В отличие от формата списка MAin 1234 для автоматизированного офиса с двумя заглавными буквами, офис с ручным управлением, имеющий такие списки, как Hillside 834 или East 23, можно было узнать по формату, в котором вторая буква не была заглавной.
В сельской местности, а также в самых маленьких городах обслуживание осуществлялось вручную, а сигнализация осуществлялась с помощью магнитотелефонов , имевших рукоятку для генератора сигналов. Чтобы предупредить оператора или другого абонента на той же линии, абонент поворачивал рукоятку, чтобы генерировать вызывной ток. Коммутатор отреагировал разрывом цепи, в результате чего над розеткой абонентской линии упал металлический язычок и прозвучал зуммер. Сухие батарейки, обычно две большие N°. 6 ячеек в телефоне абонента обеспечивали постоянный ток для передатчика. Такие магнето-системы использовались в США еще в 1983 году, например, в небольшом городке Брайант-Понд, Вудсток, штат Мэн .
Во многих магнето-системах небольших городов использовались партийные линии : от двух до десяти и более абонентов, использующих одну линию. При вызове абонента оператор использовал кодовый звонок, отличительную последовательность сигналов вызова , например, два длинных звонка, за которыми следует один короткий звонок. Все на линии могли слышать сигналы, а также улавливать и контролировать разговоры других людей.
Автоматические телефонные станции , обеспечивающие набор номера , были изобретены Алмоном Строуджером в 1888 году. Впервые они были использованы в коммерческих целях в 1892 году, но не получили широкого распространения до первого десятилетия 20-го века. Они устранили необходимость в операторах коммутаторов , выполняющих соединения, необходимые для телефонного звонка . Автоматизация заменила людей-операторов электромеханическими системами, а телефоны были оснащены набором номера, с помощью которого звонивший передавал телефонный номер пункта назначения в систему автоматической коммутации.
Телефонная станция автоматически определяет состояние телефона , когда трубка снята, когда пользователь снимает трубку с рычага или держателя. В это время станция обеспечивает тональный сигнал готовности , чтобы указать пользователю, что станция готова принимать набранные цифры. Импульсы или тональные сигналы DTMF , генерируемые телефоном, обрабатываются, и устанавливается соединение с телефоном назначения в пределах той же станции или с другой удаленной станцией.
АТС поддерживает соединение до тех пор, пока одна из сторон не повесит трубку. Такой мониторинг состояния соединения называется контролем. Дополнительные функции, такие как оборудование для выставления счетов, также могут быть включены в станцию.
Служба набора номера Bell System реализовала функцию, называемую автоматической идентификацией номера (ANI), которая упростила такие услуги, как автоматическое выставление счетов , бесплатные номера 800 и служба 9-1-1 . При ручном обслуживании оператор знает, откуда исходит вызов, по световому индикатору на поле разъема коммутатора. До появления ANI междугородние звонки помещались в очередь оператора, и оператор запрашивал номер вызывающего абонента и записывал его в бумажном квитанции.
Ранние обмены представляли собой электромеханические системы, в которых использовались двигатели, приводные валы, вращающиеся переключатели и реле . Некоторыми типами автоматических обменов были переключатель Строуджера или пошаговый переключатель, все реле, панельный переключатель , поворотная система и перекрестный переключатель .
Цепи, соединяющие коммутаторы, называются транками . До появления системы сигнализации 7 электромеханические переключатели Bell System в Соединенных Штатах первоначально обменивались данными друг с другом по соединительным линиям, используя различные напряжения постоянного тока и сигнальные тональные сигналы, которые сегодня заменены цифровыми сигналами.
Некоторые сигнализации передавали набранные цифры. Ранняя форма, называемая « Пульсирующий индикатор вызова панели» , использовала четвертичные импульсы для установления вызовов между переключателем панели и ручным коммутатором. Вероятно, наиболее распространенной формой передачи набранных цифр между электромеханическими переключателями была отправка импульсов набора номера , эквивалентных импульсам дискового набора , но передаваемых по магистральным цепям между переключателями.
В соединительных линиях системы Bell обычно использовалась частота 20 импульсов в секунду между перемычными переключателями и тандемами перекладин. Это вдвое превышало скорость телефонных звонков Western Electric/Bell System. Использование более высокой частоты импульсов сделало использование соединительной линии более эффективным, поскольку коммутатор тратил вдвое меньше времени на прослушивание цифр. DTMF не использовался для сигнализации по соединительным линиям.
Многочастотность (МЧ) была последним из доцифровых методов. Он использовал другой набор тонов, передаваемых парами, например DTMF. Набору номера предшествовал специальный импульсный сигнал (КП), за которым следовал старт (СТ). Вариации тональной схемы Bell System MF стали стандартом CCITT . Подобные схемы использовались в Америке и некоторых европейских странах, включая Испанию. Строки цифр между переключателями часто сокращались для дальнейшего улучшения использования.
Например, один коммутатор может отправлять только последние четыре или пять цифр телефонного номера . В одном случае семизначным номерам предшествовала цифра 1 или 2, чтобы различать два кода города или офисного кода (экономия на две цифры за звонок). Это увеличило доход на одну соединительную линию и уменьшило количество цифровых приемников, необходимых в коммутаторе. Каждая задача электромеханических переключателей выполнялась с помощью больших металлических аппаратных средств. Каждая доля секунды сокращения времени установления вызова означала уменьшение количества стоек оборудования для обработки трафика вызовов.
Примеры сигналов, передающих контроль или ход вызова, включают сигнализацию E и M , сигнализацию SF и сигнализацию украденных битов. В физических (не операторских) магистральных цепях E и M соединительные линии были четырехпроводными. Например, для пятидесяти транков потребуется сто пар кабеля между коммутаторами. Проводники в одной общей конфигурации цепи получили названия «наконечник», «кольцо», «ухо» (E) и «рот» (M). Наконечник и кольцо представляли собой пару, передающую голос, и были названы в честь наконечника и кольца на трех проводящих шнурах на пульте ручного оператора.
В двусторонних соединительных линиях с сигнализацией E и M происходило установление связи, чтобы предотвратить конфликт обоих коммутаторов при одновременном наборе вызовов по одной и той же соединительной линии. Изменяя состояние этих выводов с земли на -48 В, переключатели выполняли протокол установления связи. Используя изменения напряжения постоянного тока, локальный коммутатор отправлял сигнал о готовности к вызову, а удаленный коммутатор отвечал подтверждением (подмигиванием), чтобы продолжить набор импульсов. Это было сделано с помощью релейной логики и дискретной электроники.
Эти изменения напряжения в магистральной цепи вызывали хлопки или щелчки, которые были слышны абоненту, когда электрическое подтверждение связи проходило через его протокол. Еще одно рукопожатие, чтобы начать расчет времени для целей выставления счетов, вызвало вторую серию звуков, когда вызываемая сторона ответила.
Вторая распространенная форма сигнализации для контроля называлась одночастотной или SF-сигнализацией . В наиболее распространенной форме использовался постоянный тональный сигнал частотой 2600 Гц для идентификации соединительной линии как свободной. Магистральная схема, воспринимающая тон частотой 2600 Гц в течение определенного времени, будет простаивать. (Требование к продолжительности уменьшало количество ложных срабатываний .) В некоторых системах использовались тональные частоты более 3000 Гц, особенно в микроволновых радиореле с мультиплексным разделением частот SSB .
В системах цифровой передачи с Т-несущей биты в потоке данных Т-1 использовались для контроля передачи. Благодаря тщательному проектированию присвоенные биты существенно не изменили качество голоса. Украденные биты были преобразованы в изменения состояний контактов (размыкание и замыкание) электроникой аппаратного обеспечения банка каналов. Это позволило передавать сигналы E и M постоянного тока или импульсы набора номера между электромеханическими переключателями по цифровой несущей, которая не имела непрерывности постоянного тока.
Установки Bell System обычно имели тревожные звонки, гонги или колокольчики для оповещения о сигналах тревоги, привлекающих внимание к неисправному переключающему элементу. Для переключения общих элементов управления была подключена система карточек сообщений о неисправностях. Эти системы сообщения о неисправностях протыкали картонные карты с кодом, который фиксировал характер сбоя.
Электромеханические коммутационные системы требовали источников электроэнергии в виде постоянного тока (DC), а также переменного кольцевого тока (AC), который генерировался на месте с помощью механических генераторов. Кроме того, телефонные коммутаторы требовали регулировки многих механических частей. В отличие от современных коммутаторов, цепь, соединяющая набранный вызов через электромеханический переключатель, имела непрерывность постоянного тока внутри зоны местной телефонной станции через металлические проводники.
Процедуры проектирования и обслуживания всех систем предусматривали методы, позволяющие избежать нежелательных изменений качества обслуживания или сбоев у абонентов. В случае неисправности и во время ремонта к элементам электромеханического переключателя подключались различные инструменты, называемые « занятостью» . Команда make-busy идентифицировала деталь, над которой ведется работа, как используемую, в результате чего логика переключения обходила ее. Подобный инструмент назывался TD-инструментом. Абонентам-правонарушителям было временно отказано в обслуживании (TDed). Это осуществлялось путем подключения инструмента к оргтехнике абонента на системах Crossbar или группе линий в пошаговых коммутаторах. Абонент мог принимать звонки, но не мог дозвониться.
Поэтапные офисы Bell System в Строуджере требовали постоянного обслуживания, например, уборки. Световые индикаторы на отсеках для оборудования предупреждали персонал о таких состояниях, как перегорание предохранителей (обычно белые лампы) или постоянный сигнал (состояние «подвешенная трубка», обычно зеленые индикаторы). Офисы Step были более подвержены точечным сбоям, чем новые технологии.
В офисах Crossbar использовались более общие схемы управления. Например, приемник цифр (часть элемента, называемого исходным регистром ) будет подключен к вызову на время, достаточное для сбора набранных абонентом цифр. Поперечная архитектура была более гибкой, чем ступенчатая. Более поздние системы перекладин имели системы сообщения о неисправностях на основе перфокарт. К 1970-м годам автоматическая идентификация номера была установлена почти на всех пошаговых и перекрестных переключателях в системе Bell.
Электронные системы переключения постепенно эволюционировали от электромеханических гибридов с хранимым программным управлением до полностью цифровых систем. В ранних системах использовались металлические пути с герконовым реле и цифровым управлением. Тестирование оборудования, переназначение телефонных номеров, блокировка каналов и подобные задачи выполнялись путем ввода данных на терминале.
Примеры этих систем включали коммутатор Western Electric 1ESS , Northern Telecom SP1 , Ericsson AXE, Automatic Electric EAX-1 и EAX-2, Philips PRX /A, ITT Metaconta, британскую серию GPO/BT TXE и несколько других подобных систем. Ericsson также разработала полностью компьютеризированную версию своей перекрестной станции ARF под названием ARE. В них использовалась перекрестная коммутационная матрица с полностью компьютеризированной системой управления и предоставлялся широкий спектр передовых услуг. Локальные версии назывались ARE11, а тандемные версии - ARE13. Они использовались в Скандинавии, Австралии, Ирландии и многих других странах в конце 1970-х и в 1980-х годах, когда их заменили цифровые технологии.
В этих системах могли использоваться старые электромеханические методы сигнализации, унаследованные от ригельных и пошаговых переключателей. Они также представили новую форму передачи данных: две станции 1ESS могут взаимодействовать друг с другом, используя канал передачи данных , называемый межофисной сигнализацией общего канала (CCIS) . Этот канал передачи данных был основан на CCITT 6, предшественнике SS7 . В европейских системах обычно использовалась сигнализация R2.
Первые концепции цифровой коммутации и передачи были разработаны различными лабораториями в США и Европе, начиная с 1930-х годов. [ нужна цитация ] Первый прототип цифрового коммутатора был разработан Bell Labs в рамках проекта ESSEX, а первая настоящая цифровая АТС, объединенная с системами цифровой передачи, была разработана LCT (Центральная лаборатория телекоммуникаций) в Париже. [ нужна цитата ] Первым цифровым коммутатором, который будет помещен в общедоступную сеть в Англии, была Empress Exchange в Лондоне , которая была разработана исследовательскими лабораториями Главпочтамта . [ нужна цитация ] Это был тандемный переключатель, который соединял три станции Строуджера . Первым коммерческим внедрением полностью цифровой локальной системы коммутации стала система E10 компании Alcatel , которая начала обслуживать клиентов в Бретани на северо-западе Франции в 1972 году .
Яркие примеры цифровых переключателей включают:
Цифровые коммутаторы кодируют происходящую речь с частотой 8000 временных интервалов в секунду. ( Частота дискретизации 8 кГц). В каждом временном интервале создается цифровое PCM- представление звука. Цифровые сигналы PCM затем отправляются на принимающий конец линии, где происходит обратный процесс с использованием ЦАП ( цифро-аналоговый преобразователь ) для создания звука для принимающего телефона. Другими словами, когда кто-то пользуется телефоном, голос говорящего «кодируется» с использованием PCM для переключения, а затем реконструируется для человека на другом конце провода. Голос говорящего при этом задерживается на небольшую долю секунды — он не «живой», он реконструируется — задерживается всего на минуту.
Отдельные местные телефонные линии подключаются к удаленному концентратору . Во многих случаях концентратор располагается в том же здании, что и коммутатор. Интерфейс между удаленными концентраторами и телефонными коммутаторами стандартизирован ETSI как протокол V5 . Концентраторы используются потому, что большинство телефонов большую часть дня простаивают, поэтому трафик сотен или тысяч из них может быть сосредоточен только на десятках или сотнях общих соединений.
Некоторые телефонные коммутаторы не имеют напрямую подключенных к ним концентраторов, а используются для соединения вызовов между другими телефонными коммутаторами. Эти сложные машины называются коммутаторами «оператора уровня» или тандемными коммутаторами .
В некоторых зданиях телефонных станций в небольших городах имеются только удаленные или спутниковые коммутаторы, которые расположены на «родительском» коммутаторе, обычно находящемся на расстоянии нескольких километров. Маршрутизация удаленного коммутатора зависит от родительского коммутатора. В отличие от оператора цифровой петли , удаленный коммутатор может сам маршрутизировать вызовы между локальными телефонами, не используя соединительные линии к родительскому коммутатору.
Телефонные коммутаторы — небольшой компонент большой сети. Основная часть телефонной системы с точки зрения затрат, обслуживания и логистики находится за пределами завода , то есть проводка за пределами центрального офиса. Хотя в середине 20 века многие абоненты обслуживались по партийным линиям, целью было, чтобы каждая абонентская телефонная станция была подключена к отдельной паре проводов от системы коммутации.
Типичный центральный офис может иметь десятки тысяч пар проводов, которые появляются на клеммных колодках, называемых главным распределительным шкафом (MDF). Компонентом MDF является защита: предохранители или другие устройства, защищающие выключатель от молнии, замыканий на линии электропередачи или других посторонних напряжений. В типичной телефонной компании большая база данных отслеживает информацию о каждой абонентской паре и состоянии каждой перемычки. До компьютеризации записей Bell System в 1980-х годах эта информация записывалась от руки карандашом в книгах бухгалтерского учета.
Чтобы сократить расходы на внешнюю установку, некоторые компании используют устройства с « парным усилением » для предоставления телефонных услуг абонентам. Эти устройства используются для предоставления услуг там, где существующие медные мощности исчерпаны, или при размещении по соседству они могут уменьшить длину медных пар, обеспечивая возможность предоставления цифровых услуг, таких как цифровая сеть с интеграцией услуг (ISDN) или цифровая абонентская линия (DSL).
Несущие парного усиления или цифровые несущей шлейфа (DLC) расположены за пределами центрального офиса, обычно в большом районе, удаленном от CO. DLC часто называют несущими абонентского шлейфа (SLC) в честь патентованного продукта Lucent .
DLC могут быть настроены как универсальные (UDLC) или интегрированные (IDLC). Универсальные DLC имеют два терминала: терминал центрального офиса (COT) и удаленный терминал (RT), которые функционируют одинаково. Оба терминала взаимодействуют с аналоговыми сигналами, преобразуются в цифровые сигналы и передаются на другую сторону, где выполняется обратный процесс.
Иногда транспортировку осуществляет отдельное оборудование. В интегрированном DLC COT исключен. Вместо этого RT подключается в цифровом виде к оборудованию телефонного коммутатора. Это уменьшает общее количество необходимого оборудования.
Коммутаторы используются как в местных центральных офисах, так и в центрах междугородной связи . В коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) существует два основных типа : телефонные коммутаторы класса 4, предназначенные для междугородных или межкоммутационных соединений, и телефонные коммутаторы или абонентские коммутаторы класса 5 , которые управляют соединениями с абонентских телефонов. С 1990-х годов стали широко распространены гибридные системы коммутации классов 4/5, выполняющие обе функции.
Еще одним элементом телефонной сети является время и синхронизация. Коммутационное, передающее и биллинговое оборудование может работать по стандартам очень высокой точности 10 МГц , которые синхронизируют временные события с очень близкими интервалами. Оборудование для стандартов времени может включать стандарты на основе рубидия или цезия и приемник глобальной системы позиционирования .
Коммутаторы на больших расстояниях могут использовать более медленный и более эффективный алгоритм распределения коммутаторов, чем местные центральные офисы , поскольку они используют почти 100% своих входных и выходных каналов. В центральных офисах более 90% пропускной способности каналов не используется.
Традиционные телефонные коммутаторы соединяют физические цепи (например, пары проводов), тогда как современные телефонные коммутаторы используют комбинацию коммутации с пространственным и временным разделением. Другими словами, каждый голосовой канал представлен временным интервалом (скажем, 1 или 2) на физической паре проводов (A или B). Чтобы соединить два голосовых канала (скажем, A1 и B2), телефонный коммутатор обменивается информацией между A1 и B2. Он переключает как временной интервал, так и физическое соединение. Для этого он обменивается данными между временными интервалами и соединениями 8000 раз в секунду под контролем цифровой логики, которая циклически просматривает электронные списки текущих соединений. Использование обоих типов переключения делает современный переключатель намного меньшим, чем мог бы быть пространственный или временной переключатель сам по себе.
Структура коммутатора представляет собой нечетное количество слоев более мелких и простых субпереключателей. Каждый уровень соединен между собой паутиной проводов, идущих от каждого подпереключателя к набору подпереключателей следующего уровня. В некоторых конструкциях физический (пространственный) уровень коммутации чередуется с уровнем временной коммутации. Уровни симметричны, поскольку в телефонной системе абонентам также можно звонить . В других конструкциях используется только переключение по времени на протяжении всего переключателя.
Субпереключатель временного разделения считывает в память полный цикл временных интервалов, а затем записывает его в другом порядке, также под контролем циклической памяти компьютера. Это вызывает некоторую задержку сигнала.
Субпереключатель с пространственным разделением переключает электрические пути, часто используя какой-либо вариант неблокирующего переключателя минимального охвата или перекрестного переключателя .
Композитные переключатели по своей сути отказоустойчивы. Если дополнительный переключатель выходит из строя, управляющий компьютер может обнаружить неисправность во время периодического тестирования. Компьютер помечает все соединения с вспомогательным переключателем как «используемые». Это предотвращает новые вызовы и не прерывает установленные вызовы. По завершении установленных вызовов дополнительный переключатель становится неиспользуемым и его можно отремонтировать. При успешном выполнении следующего теста коммутатор возвращается в полноценный режим работы.
Чтобы избежать разочарований в случае незамеченных сбоев, все соединения между уровнями коммутатора распределяются с использованием списков (очередей) в порядке поступления . В результате, если соединение неисправно или имеет шум, а клиент вешает трубку и набирает номер повторно, он получит другой набор соединений и подпереключателей. Распределение соединений по принципу «последним пришел — первым обслужен» (стек) может вызвать непрерывную череду очень неприятных сбоев.
Центральная телефонная станция почти всегда является единственной точкой отказа для местных вызовов. По мере увеличения пропускной способности отдельных коммутаторов и соединяющего их оптического волокна потенциальный сбой, вызванный разрушением одного местного офиса, будет только увеличиваться. Для обеспечения резервирования голосовых соединений и соединений данных между центрами коммутации можно использовать несколько волоконно-оптических соединений, но требуется тщательное проектирование сети, чтобы избежать ситуаций, когда основное волокно и его резервное волокно проходят через одну и ту же поврежденную центральную станцию в качестве потенциального отказа общего режима . [20]
